Формулы соединений щелочноземельных металлов химия

Щелочноземельные металлы

К щелочноземельным металлам относятся металлы IIA группы Периодической системы Д.И. Менделеева – кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra). Кроме них в главную подгруппу II группы входят бериллий (Be) и магний (Mg). На внешнем энергетическом уровне щелочноземельных металлов находится два валентных электрона. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов – ns 2 . В своих соединениях они проявляют единственную степень окисления равную +2. В ОВР являются восстановителями, т.е. отдают электрон.

С увеличением заряда ядра атомов элементов, входящих в группу щелочноземельных металлов, энергия ионизации атомов уменьшается, а радиусы атомов и ионов увеличиваются, металлические признаки химических элементов усиливаются.

Физические свойства щелочноземельных металлов

В свободном состоянии Be – металл серо-стального цвета, обладающий плотной гексагональной кристаллической решеткой, достаточно твердый и хрупкий. На воздухе Be покрывается оксидной пленкой, что придает ему матовый оттенок и снижает его химическую активность.

Магний в виде простого вещества представляет собой белый металл, который, также, как и Be, при нахождении на воздухе приобретает матовый оттенок за счет образующейся оксидной пленки. Mg мягче и пластичнее бериллия. Кристаллическая решетка Mg – гексагональная.

Ca, Ba и Sr в свободном виде – серебристо-белые металлы. При нахождении на воздухе мгновенно покрываются желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты их взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, Ba и Sr – мягче.

Ca и Sr имею кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку, барий – кубическую объемоцентрированную кристаллическую решетку.

Все щелочноземельные металлы характеризуются наличием металлического типа химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность. Температуры кипения и плавления щелочноземельных металлов выше, чем щелочных металлов.

Получение щелочноземельных металлов

Получение Be осуществляют по реакции восстановления его фторида. Реакция протекает при нагревании:

Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

Причем, при получении Mg электролизом расплава дихлорида для понижения температуры плавления в реакционную смесь добавляют NaCl.

Для получения Mg в промышленности используют металло- и углетермические методы:

2(CaO×MgO) (доломит) + Si = Ca2SiO4 + Mg

Основной способ получения Ba – восстановление оксида:

Химические свойства щелочноземельных металлов

Поскольку в н.у. поверхность Be и Mg покрыта оксидной пленкой – эти металлы инертны по отношению к воде. Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, проявляющих сильные основные свойства:

Щелочноземельные металлы способны реагировать с кислородом, причем все они, за исключением бария, в результате этого взаимодействия образуют оксиды, барий – пероксид:

Оксиды щелочноземельных металлов, за исключением бериллия, проявляют основные свойства, Be – амфотерные свойства.

При нагревании щелочноземельные металлы способны к взаимодействию с неметаллами (галогенами, серой, азотом и др.):

Щелочноземельные металлы реагируют с кислотами – растворяются в них:

Бериллий реагирует с водными растворами щелочей – растворяется в них:

Качественные реакции

Качественной реакцией на щелочноземельные металлы является окрашивание пламени их катионами: Ca 2+ окрашивает пламя в темно-оранжевый цвет, Sr 2+ — в темно-красный, Ba 2+ — в светло-зеленый.

Читайте также:  Растворитель для грунт эмали по металлу

Качественной реакцией на катион бария Ba 2+ являются анионы SO4 2- , в результате чего образуется белый осадок сульфата бария (BaSO4), нерастворимый в неорганических кислотах.

Примеры решения задач

Задание Осуществите ряд превращений: Ca→CaO→Ca(OH)2→Ca(NO3)2
Решение 2Ca + O2→2CaO
Задание Определите массу кальция, необходимую для получения 300 г 40-%-го раствора гидроксида кальция.
Решение Запишем уравнение реакции:

Найдем массу образовавшегося гидроксида кальция:

m(Ca(OH)2) = 300×40/100% = 120 г

Вычислим количество вещества гидроксида кальция:

v(Ca(OH)2) = 120/ 74 = 1,62 моль

Источник

Характерные химические свойства Be, Mg и щелочноземельных металлов

Общая характеристика элементов II а группы

Физические свойства простых веществ

Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип., потенциалами ионизации, плотностями и твердостью.

Химические свойства щелочноземельных металлов + Be

1. Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием щелочей:

2. Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO2:

3. С другими неметаллами образуют бинарные соединения:

Ba + S → BaS (сульфиды)

Ca + 2C → CaC2 (карбиды)

Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.

4. Все щелочноземельные металлы растворяются в кислотах:

5. Бериллий растворяется в водных растворах щелочей:

6. Летучие соединения щёлочноземельных металлов придают пламени характерный цвет:

соединения кальция — кирпично-красный, стронция — карминово-красный, а бария — желтовато-зелёный.

Бериллий, также как и литий, относится к числу s-элементов. Четвертый электрон, появляющийся в атоме Be, помещается на 2s-орбитали. Энергия ионизации бериллия выше, чем у лития, из-за большего заряда ядра. В сильных основаниях он образует ион-бериллат ВеО 2- 2. Следовательно, бериллий ‑ металл, но его соединения обладают амфотерностью. Бериллий, хотя и металл, но значительно менее электроположительный, по сравнению с литием.

Высокой энергией ионизации атома бериллий заметно отличается от остальных элементов ПА-подгруппы (магния и щелочноземельных металлов). Его химия во многом сходна с химией алюминия (диагональное сходство). Таким образом, это элемент с наличием у его соединений амфотерных качеств, среди которых преобладают все же основные.

Электронная конфигурация Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 по сравнению с натрием имеет одну существенную особенность: двенадцатый электрон помещается на 2s-орбитали, где уже имеется 1е — .

Ионы магния и кальция ‑ незаменимые элементы жизнедеятельности любой клетки. Их соотношение в организме должно быть строго определённым. Ионы магния участвуют в деятельности ферментов (например, карбоксилазы), кальция – в построении скелета и обмена веществ. Повышение содержания кальция улучшает усвоение пищи. Кальций возбуждает и регулирует работу сердца. Его избыток резко усиливает деятельность сердца. Магний играет отчасти роль антагониста кальция. Введение ионов Mg 2+ под кожу вызывает наркоз без периода возбуждения, паралич мышц, нервов и сердца. Попадая в рану в форме металла, он вызывает долго незаживающие гнойные процессы. Оксид магния в лёгких вызывает так называемую литейную лихорадку. Частый контакт поверхности кожи с его соединениями приводит к дерматитам. Самые широко используемые в медицине соли кальция: сульфат СаSO4 и хлорид CaCL2. Первый используется для гипсовых повязок, а второй применяется для внутривенных вливаний и как внутреннее средство. Он помогает бороться с отёками, воспалениями, аллергией, снимает спазмы сердечно-сосудистой системы, улучшает свертываемость крови.

Все соединения бария, кроме BaSO4, ядовиты. Вызывают менегоэнцефалит с поражением мозжечка, поражение гладких сердечных мышц, паралич, а в больших дозах – дегенеративные изменения печени. В малых же дозах соединения бария стимулируют деятельность костного мозга.

При введении в желудок соединений стронция наступает его расстройство, паралич, рвота; поражения по признакам сходны с поражениями от солей бария, но соли стронция менее токсичны. Особую тревогу вызывает появление в организме радиоактивного изотопа стронция 90 Sr. Он исключительно медленно выводится из организма, а его большой период полураспада и, следовательно, длительность действия могут служить причиной лучевой болезни.

Радий опасен для организма своим излучением и огромным периодом полураспада (Т1/2 = 1617 лет). Первоначально после открытия и получения солей радия в более или менее чистом виде его стали использовать довольно широко для рентгеноскопии, лечения опухолей и некоторых тяжёлых заболеваний. Теперь с появлением других более доступных и дешевых материалов применение радия в медицине практически прекратилось. В некоторых случаях его используют для получения радона и как добавку в минеральные удобрения.

В атоме кальция завершается заполнение 4s-орбитали. Вместе с калием он образует пару s-элементов четвертого периода. Гидроксид кальция ‑ довольно сильное основание. У кальция — наименее активного из всех щелочноземельных металлов — характер связи в соединениях ионный.

По своим характеристикам стронций занимает промежуточное положение между кальцием и барием.

Свойства бария наиболее близки к свойствам щелочных металлов.

Бериллий и магний широко используют в сплавах. Бериллиевые бронзы – упругие сплавы меди с 0,5-3% бериллия; в авиационных сплавах (плотность 1,8) содержится 85-90% магния («электрон»). Бериллий отличается от остальных металлов IIА группы – не реагирует с водородом и водой, зато растворяется в щелочах, поскольку образует амфотерный гидроксид:

Магний активно реагирует с азотом:

В таблице приведена растворимость гидроксидов элементов II группы.

Растворимость, моль/л (20 0 С) Растворимость, г/л
Be(OH)2

Ba(OH)2

8∙10 -6

2∙10 -1

3,4∙10 -4

Традиционная техническая проблема – жесткость воды, связанная с наличием в ней ионов Mg 2+ и Ca 2+ . Из гидрокарбонатов и сульфатов на стенках нагревательных котлов и труб с горячей водой оседают карбонаты магния и кальция и сульфат кальция. Особенно мешают они работе лабораторных дистилляторов.

S-элементы в живом организме выполняют важную биологическую функцию. В таблице приведено их содержание.

Содержание S-элементов в организме человека

Элемент Содержание, %
Li

Na

K

Rb

Cs

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

10 -4

Во внеклеточной жидкости содержится в 5 раз больше ионов натрия, чем внутри клеток. Изотонический раствор («физиологическая жидкость») содержит 0,9% хлорида натрия, его применяют для инъекций, промывания ран и глаз и т. п. Гипертонические растворы (3-10% хлорида натрия) используют как примочки при лечении гнойных ран («вытягивание» гноя). 98% ионов калия в организме находится внутри клеток и только 2% во внеклеточной жидкости. В день человеку нужно 2,5-5 г калия. В 100 г кураги содержится до 2 г калия. В 100 г жареной картошки – до 0,5 г калия. Во внутриклеточных ферментативных реакциях АТФ и АДФ участвуют в виде магниевых комплексов.

Ежедневно человеку требуется 300-400 мг магния. Он попадает в организм с хлебом (90 мг магния на 100 г хлеба), крупой (в 100 г овсяной крупы до 115 мг магния), орехами (до 230 мг магния на 100 г орехов). Кроме построения костей и зубов на основе гидроксилапатита Ca10(PO4)6(OH)2 , катионы кальция активно участвуют в свертывании крови, передаче нервных импульсов, сокращении мышц. В сутки взрослому человеку нужно потреблять около 1 г кальция. В 100 г твердых сыров содержится 750 мг кальция; в 100 г молока – 120 мг кальция; в 100 г капусты – до 50 мг.

Источник

Формулы соединений щелочноземельных металлов химия

Ключевые слова конспекта: щелочноземельные металлы, элементы IIA-группы, земли, получение щелочноземельных металлов.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ IIA ГРУППЫ

К щёлочноземельным металлам относят кальций Са, стронций Sr, барий Ва, радий Ra – металлы IIА-группы. Название «щёлочноземельные» обусловлено тем, что гидроксиды этих металлов относятся к щелочам – растворимым в воде основаниям, а оксиды этих металлов с древних времён называли землями. Бериллий и магний к щёлочноземельным металлам не относятся.

Важнейшие параметры элементов IIA группы приведены в таблице:

Электронная конфигурация валентного слоя атомов щёлочноземельных металлов в стационарном состоянии ns 2 . Щёлочноземельные металлы являются s-элементами. Во всех своих соединениях они имеют степень окисления +2.

Высшие оксиды щёлочноземельных металлов имеют состав МеО и проявляют основный характер. Высшие гидроксиды этих элементов Ме(ОН)2 являются типичными основаниями, их относят к щелочам, хотя их растворимость намного ниже, чем гидроксидов щелочных металлов. Водородные соединения щёлочноземельных металлов представляют собой твёрдые гидриды состава МеH2.

ЩЁЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ – ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

При обычных условиях щёлочноземельные металлы – твёрдые вещества, имеют металлический блеск на свежем срезе (быстро покрываются желтоватой плёнкой на воздухе), лёгкие (кроме радия), при этом более твёрдые, чем щелочные металлы. Кальций не режется ножом, он довольно твёрдый, стронций и барий мягче. Барий похож по твёрдости на свинец, но в отличие от него при разрезании крошится на отдельные кристаллы.

При внесении щёлочноземельных металлов или их соединений в бесцветное пламя появляется его характерная окраска:

  • Са – кирпично-красная,
  • Sr – карминово-красная,
  • Ва – желтовато-зелёная.

Щёлочноземельные металлы являются активными восстановителями. Реакции с галогенами протекают легко даже при обычных условиях:

При сгорании щёлочноземельных металлов на воздухе или в кислороде образуются оксиды:

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций загорается, пламя при этом имеет красноватый цвет.

Щёлочноземельные металлы взаимодействуют с серой при нагревании. Образуются сульфиды:

При нагревании щёлочноземельные металлы реагируют с азотом с образованием нитридов (Са – при температуре красного каления):

При нагревании щёлочноземельные металлы взаимодействуют с водородом с образованием твёрдых гидридов:

Щёлочноземельные металлы легко взаимодействуют с водой с образованием щёлочи и водорода:

Кальций с холодной водой реагирует сравнительно медленно, но с горячей водой реакция идёт бурно.

Щёлочноземельные металлы активно реагируют с разбавленными кислотами с образованием соли и водорода, но при этом, как и в случае щелочных металлов, параллельно происходит взаимодействие щёлочноземельного металла с водой. По-другому происходит взаимодействие сконцентрированными растворами кислот или с самими кислотами, являющимися сильными окислителями (HNO3, H2SO4). Происходит восстановление азота в высшей степени окисления (в HNO3) или серы в высшей степени окисления (в H2SO4). Образуется соль, продукт восстановления соответственно азота или серы и воды:

Щёлочноземельные металлы активно взаимодействуют с растворами солей, но происходит, как и в случае щелочных металлов, не замещение металла, входящего в состав соли, а реакция щёлочноземельных металлов с водой раствора.

Кальций и стронций получают электролизом расплавов хлоридов:

Конспект урока по химии «Щелочноземельные металлы. Элементы IIA-группы». Выберите дальнейшее действие:

Источник

Читайте также:  Что такое оттяжка металла
Поделиться с друзьями
Металл